Scala会議のLT ScalaからOpenCLを簡単に利用できるScalaCL Pluginとかのお話

1. ScalaからGPUを使ってみるScalaCLPlugin @chimerast たけうちひでゆき

2. 自己紹介 たけうちひでゆき Twitter: @chimerast Blog: http://chimera.st/ #wicket-ja, #mongotokyo, #rpscala Seasarの端っこでS2Wicketのメンテナンスしています 永遠のNEET 株式会社UZABASEというところの平社員に最近なりました 以前は社長とか個人事業主とかいろいろやってました 普段は(Java or Scala)+WicketでWebサービスを開発をしています 株式会社UZABASEでは一緒に働いてくれる人を募集中です 主に投資・金融機関向けに企業・業界の情報分析Webサービスを提供 ScalaとかWicketとかMongoDBとかを使った仕事もあります http://www.uzabase.com/ 2

3. お題のGPUって何？ グラフィックカードにくっついている演算装置 主に3Dグラフィック描画に使用される ポリゴン頂点の座標変換（アフィン変換） 秒間約60億回の行列・ベクトルの乗加算（１頂点あたり単精度浮動小数 x (16 + 4) 回の演算） ピクセルごとの色の合成処理 秒間約600億ピクセルの処理（1ピクセルは単精度浮動小数 x 4） 浮動小数点の並列演算が超得意 3072ユニット（コア）/ 5.1TeraFLOPS（単精度）/ 1.27TeraFLOPS（倍精度） Core i7 3.5GHz : 4コア / 112GigaFLOPS(AVX命令使用単精度) 旧地球シミュレータ(2002年段階): 実効性能35.86TeraFLOPS 600億円 ベクトル演算が得意 三角関数・指数関数も得意（のはず？） 3 AMD Radeon HD 6990 スペックより 7万円くらいのグラボ

4. 4 旧型地球シミュレータ = 600億円 注: 極端な表現です 実際には考慮すべきことがたくさんあります 7万円 x 7 = 49万円

5. 5 このあほみたいな能力を 普通の計算で使えないの？ GPGPU

6. GPGPU General-purpose computing on graphics processing units GPUを汎用計算処理に利用する技術 データ並列に特化（タスク並列は不得意） 専用言語でカーネルプログラムを記述しホストプログラムからAPIで実行 CUDA, ATI Stream, OpenCL サーバ用のGPGPU専用ボードも販売されている： NVIDIA Tesla 最近ではスパコンを作るにもGPUがよく使われている 東工大: TSUBAME (TOP 5) 長崎大: DEGIMA (TOP 430 3700万でスパコンを作ったとかで話題に) 中国: 天河一号A (TOP 2) 中国: Nebulea (TOP 4) 6

7. OpenCL ① マルチコアCPU、GPU等の計算資源を使用した並列コンピューティング用のフレームワーク GPUに限ったものではなく、CPU、Cell、DSPなども扱う 携帯電話や組み込み向けのProfileもある 専用のOpenCL C言語で記述 ベクトル演算が拡張されたC言語 再起ができないとかいろいろ制限もある OpenCL APIを通してソースコードをコンパイル&実行 7 __kernel void dataParallel(__global float4* a, __global float4* b, __global float4* c) { inti = get_global_id(0); c[i].xyz = a[i].xyz + b[i].xyz; c[i].w = a[i].w * b[i].w; }

8. OpenCL ② 難点 初期化処理やバッファの確保など本質以外のコードが非常に多い JavaCL OpenCLのAPIを比較的高レベルに抽象化 それでもバッファ確保とかイベントの管理のコードが必要 OpenCL Cの関数を呼び出すラッパクラスのジェネレータとかある もっと簡単に使えないの？ 8 そんなあなたに ScalaCL

9. ScalaCL Compiler Plugin ① ScalaからOpenCLを簡単に使えるようにするコンパイラプラグイン http://code.google.com/p/scalacl/ JavaCLをベースに使用 OpenCLを使ってメソッドが高速化された専用の配列／Rangeクラス 要素はプリミティブ型およびそのTupleのみ(8要素まで) map, filter, zip, zipWithIndex, toArray, sum, product, min, max Scalaコードをコンパイル時にOpenCLC言語に変換 CLArray, CLRangeのmap, filterの引数の関数ブロックをOpenCL C に変換 ブロックから外部の変数、メソッドにアクセスできないなど制限はある ちゃんとコンパイルエラーになります 三角関数などscala.mathの関数で使えるものがある 使えない演算・関数も多い（ベクトル演算とか） 9

10. ScalaCL Compiler Plugin ② Scalaの標準Collectionのメソッドをコンパイル時にwhile文に変換して高速化 reduce/scan/fold|Left/Right forall, exists, count foreach, map, filter, filterNot, takeWhile, dropWhile Array.tabulate 個人的にはどっちかというとおまけだと思う Warning :ScalaCL might still have (unknown) bugs, it's currently far from being finished (especially on the OpenCL side). ScalaCL is not production-ready ! 実際Scala -> OpenCL Cの変換がかなり不安定です 10 今後に期待!!

11. ScalaCLの使い方 インストール（OpenCLが使える前提で） sbaz update sbaz install scalacl サンプルコード コンパイル/実行 scalacTest.scala scala Test 特にオプションは必要ない（sbazでインストールすると勝手に使われるので注意） export SCALACL_VERBOSE=1 コンパイル時および実行時に変換前と変換後のコードを標準出力に出力 11 import scalacl._ implicit val context = Context.best (0 until 100).cl.map(cos(_)).sum

12. 性能評価/プログラム 単純なmap cos x 100 Tupleの配列 12 ScalaCLの map等は非同期実行されるため最後に sumで確実に同期 Val range = (0 until 100000) val tuples = Array.fill(100) { ((1, 2, 3, 4), (5, 6, 7, 8)) } range.map(_ * 2).zipWithIndex.map(p => p._1 * p._2).sum range.map{ x => var total = 0.0 for (i <- 0 until 100) { total += cos(x * i) } total }.sum tuples.map { case (a, b) => a._1 * b._1 + a._2 * b._2 + a._3 * b._3 + a._4 * b._4 }.sum https://github.com/chimerast/scala-scalacl

13. 性能評価/結果 13 単位は全てマイクロ秒 System.nanoTimeを使用して100回計測し、結果の上位下位20%ずつを排除して平均 JAVA_OPTS=“-server -Xms2g -Xmx2g -verbose:gc -XX:CompileThreshold=10 -XX:NewSize=1g -XX:MaxNewSize=1g -XX:SurvivorRatio=200000” 環境 iMac 27-inch, Mid 2011 / MacOSX 10.7 3.1 GHz Intel Core i5 (Sandy Bridge) / 12 GB 1333 MHz DDR3 AMD Radeon HD 6970M 1024 MB / 960ユニット Java 1.6.0_26 64bit / Scala2.9.0.1

14. おまけ（GPUつながり的な意味で） ScalaでMikuMikuDanceのローダ＆レンダラを作ってみた OpenGL with GLSL OpenGLライブラリとしてLWJGLを使用 実装できている部分 モデルのロード IKボーン、物理演算以外のアニメーション IKボーンのプログラムの仕方がよくわからなくてここから進まない Scala成分 1600行ぐらい GLSL成分 70行ぐらい 14

15. おしまい ご清聴ありがとうございました 株式会社UZABASEでは一緒に働いてくれる人を募集中です フリーダムな環境です 主に投資・金融機関向けに企業・業界の情報分析Webサービスを提供 基本JavaですがScalaとかWicketとかMongoDBとかを使った仕事もあります http://www.uzabase.com/ 15